Fotometrické přehlídky, zdroje dat, čas

Fotometrické přehlídky, zdroje dat, čas

Astronomie – věda založená na datech a jejich analýze Zdroje dat:  vlastní pozorování (fotometrická, spektroskopická, interferometrická, polarimetrická aj.) – pozorovatelů (alespoň těch profesionálních) ubývá důvody – pohodlnost, robotické dalekohledy, přehlídky  data z publikací, literatury  archívy přehlídkových projektů – minulých i aktivních = > astronom musí umět: 1. hledat data v literatuře a archívech 2. získaná data korektně zpracovat! Předmět našeho studia – změny jasnosti proměnných hvězd (světelné křivky) u periodicky proměnných – světelnou křivku nahrazuje fázová křivka

Nutný předpoklad pro správnou konstrukci světelné nebo fázové křivky? správný čas pozorování! - přesný a korektní časový údaj je stěžejní značka každého měření proměnné hvězdy - časové údaje - prakticky v každé publikaci, ale mnohde závažné chyby: • v časových údajích • ve zpracování • v práci s časovými údaji ⇒ seznámení se s měřením času a užitím časových údajů je nezbytné

Připomenutí: jednotky času sekunda - základní jednotka času v SI (značka s) zákon 505/1990 Sb., vyhláška 424/2009 Sb. a další 1 s = doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu atomu cesia 133 (při teplotě 0 K)

vedlejší jednotky SI: minuta - 1 min = 60 s hodina - 1 h = 60 min = 3600 s den - 1 d = 24 h = 86 400 s ale existují i jiné délky minuty, hodiny, dne ! minuta – 59 - 61 s hodina – 45 min, 50 min (vyučovací) den – rozdíly v počítání (odchylky v hodinách - v minulosti), ale také polární den  odvozeno z rotace Země – není stálá! - hvězdný den - sluneční den střední juliánský rok 1 aj = 365,25 dne = 3,155 76 × 107 s (dle IAU - v astronomii a astrofyzice)

Měření času 2 způsoby: 1. přímým měřením rovnoměrného pohybu nebo jeho projevů - pomocí Slunce – gnómón, sluneční hodiny – 3 tis. př. n. l. - klepsydra (vodní hodiny), - přesýpací hodiny, - svíčkové hodiny – 3 st.př.n.l.

2. počítáním pravidelných pohybů - mechanických, elektrických nebo atomárních oscilací - mechanické hodiny – hnací kolo, kyvy, setrvačka (nepokoj) – před r. 1320 - námořní a letecké chronometry – 1760 John Harrison - elektronické hodiny – křemenný krystal - atomové hodiny jako nejpřesnější normály času

Měření času Přesnost měření času - v r. 2011 dosažená přesnost měření 1 sekunda za 32 miliard let (= relativní přesnost 4 × 10-19) - od vynálezu hodin zlepšení o 16 řádů! - Hinckley et al. (Science 2013) – nejpřesnější hodiny, nestabilita10-18 během 7 h, ytterbium - laboratorní - National Institute of Standards and Technology (NIST) – NIST-F2 – přesnost chodu do 1s po 300 mil. let

měření času a kmitočtu patří dnes k nejpřesnějším měřením vůbec

Umíme s tak přesnými údaji pracovat?!

Den dnes - 1 d = 24 hodin = 1440 min = 86400 s, vedlejší jednotka SI dříve – čas denní, noční a soumrak čas denní dělen na 10 částí + 2 na ranní a večerní soumrak, noční někdy také na 12 dílů (Egypt) původ nejasný: • tehdy oblíbená dvanáctková soustava, • 12 článků prstů (bez palce) počítání hodin během dnů - starověk, středověk – od východu Slunce (poledne – konec 6. hodiny) - italský (do pol. 18. st.), český (do 17. st.) systém – od večera (západu Slunce, soumraku) - den 24 hodin; poledne dle roční doby např. v 15 hod nebo až v 19 hod. - středověký islámský systém – od večerního soumraku - německý systém – od půlnoci => pozor na časové údaje v historických kronikách!

Časy místní = čas platný pro zeměpisný poledník, na němž se nacházíme rozdíl místních časů = rozdíl zeměpisných délek (oněch dvou míst), místa východně od nás mají větší místní čas (Slunce tam kulminuje dříve), místa položená západně mají místní čas menší než my Časy pásmové konec 19. století - systém mnoha místních časů nepraktický => cestování (zejména po železnici) si vynutilo časy pásmové - Země rozdělena podél poledníků na 24 pásů, každý 15° zeměpisné délky, v každém stejný pásmový čas 1884 čas v pásmu podél greenwichského poledníku - základní, tzv. světový Odchylky: - občas není striktně dodržována hranice pásů - letní čas - o hodinu předbíhá čas pásmový (letní čas = čas pásma ležícího východně). - zimní čas – nejde o náš čas v zimě! v zimě je v ČR normální pásmový čas; jde o čas v pásmu ležícím západně od nás (prakticky se nepoužívá) zákon 212/1946 Sb.

Časová pásma datová čára

závěr pro pozorovatele: udávat časy zásadně v jednotném standardu, nabízí se světový čas!

Časy v astronomii

nerovnoměrné svázané s rotací Země - čas sluneční, hvězdný - dříve z měření průchodu hvězd meridiánem; - dnes VLBI pozorování vzdálených kvasarů (přesnost µs) => => detekce nepravidelností v rotaci Země odvozené z oběhu Země kolem Slunce - čas efemeridový (ET)

rovnoměrné čas atomový (International Atomic Time, TAI) – čas atomových hodin

Juliánská perioda – Joseph Justus Scaliger – 1583 De emendatione temporum (rok po gregoriánské reformě juliánského kalendáře)

15 (indikce) × 19 (Metonův cyklus) × 28 (sluneční cyklus) = 7980 let zmínka už r. 1086 u biskupa z Herefordu Roberta Losingy („velký cyklus – magnum ciclum“) (Reese et al, 1990) počátek počítání od 1. ledna roku 4713 př. n. l. (postup Scaligera – Reese et al., 1981, Amer. J. of Phys. 49, 658)

proč juliánská? často – podle otce Josepha Scaligera – Julius Ceasar Scaliger, ale sám Joseph Scaliger psal: „Julianum vocauimus: quia ad annum Julianum dumtaxat accomodata est" = „označujeme Juliánská, protože vyhovuje Juliánskému roku” (roku z Juliánského kalendáře Julia Cesara)

Juliánské datování (Julian day number) John Herschel - Outlines of Astronomy, 1849 počátek: pondělí 1. ledna 4713 př.n.l. 12 hod v Alexandrii 1884 – definice nultého poledníku ⇒ počátek dne – poledne v Greenwich 1890 – první využití JD v praxi studium proměnných hvězd E. Ch. Pickering (AnHar 18, 285, Appendix)

Terminologie referenční rámec (reference frame) – vztahuje se ke geometrické poloze, z níž je čas měřen => různé RF se liší o LTT (light-travel time) mezi nimi časový standard (time standard) – vztahuje se ke způsobu chodu určitých hodin a jejich nulového bodu definovaného mezinárodními standardy časová značka (time stamp) – kombinace RF a časového standardu, definuje časovou přesnost události dva základní zdroje neurčitosti v časování v astrofyzice: • samotná astrofyzikální data charakterizující sledovaný jev –problematická, neodpovídá přesnosti časové značky • časová značka, s jejíž pomocí jev citujeme; - stabilní po dlouhou dobu; - jasné všem, jak jí bylo dosaženo; - přesnost časové značky – předpokládaná

Přesný čas v astronomii přesnost časové značky má být výrazně lepší než nejistota dat samotných!!! konkrétní situace: např. exoplanety – používány JD, GJD, HJD, BJD, ale 1. často v nejasných nebo nespecifikovaných časových standardech 2. nejčastěji v UTC  není kontinuální! Správná časová značka/údaj:

1s

BJDTDB = JDUTC +∆R +∆C  +∆S  +∆E  JDUTC – Juliánské datum v UTC (Coordinated Universal Time), ∆R - Rømerovo zpoždění, ∆C  - korekce hodin, ∆S  - Shapirovo zpoždění, ∆E  - Einsteinovo zpoždění čas příchodu signálu např. JDUTC vždy uvádět k BJDTBD

Časové standardy JD může být vyjádřeno v mnoha časových standardech, ale většinou bohužel jen implicitně => nelze srovnávat BJD x HJD bez znalosti použitého standardu • • • • • • • • • • • •

GMT UT UT0 UT1 UT2 TAI UTC TT(TAI) TT(BIMP) TT, TDT TDB TCB

Časové standardy 1 GMT (Greenwich Mean Time) - základem střední sluneční čas v Greenwichi 1847 přijat na britských ostrovech železniční společností Railway Clearing House ("railway time„); v r. 1880 přijat oficiálně pro Velkou Británii 1884 – Grenwichský poledník nultým poledníkem UT (Universal Time) - nástupce GMT, termín UT zaveden roku 1928 (změna definice počátku astronomického dne od 1.1.1925); dnes nepřesný termín, více variant • UT0 - rotační čas pro konkrétní místo pozorování, přepočítaný pomocí známé zeměpisné délky na Greenwichský poledník • UT1 - opravou času UT0 o vliv pohybu pólů na zeměpisnou délku místa pozorování. UT1 - v daný okamžik stejné na celé Zemi; ±3 ms/den • UT1R je vyhlazená verze UT1, ze které jsou odfiltrovány krátkodobé odchylky s periodou pod 35 dní, takže UT1R je plynulejší než UT1 • UT2 moc se nepoužívá; UT1 opravené o sezónní variace v rychlosti rotace Země • UTC (Coordinated Universal Time) je mezinárodní standard, základ pro občanské měření času a časová pásma; hodiny v PC přes Network Time Protocol (NTP) server => použitý u většiny pozorovatelů atomové hodiny, ale maximálně ±0,9 sekundy od UT1 tzv. přestupné sekundy (34 s), každých 6 měsíců => není kontinuální!

přestupná sekunda

rozdíl UT1 a UTC

poslední přestupná sekunda byla 30. 6. 2012 o budoucnosti přestupných sekund – World Radio Conference 2015

Časové standardy 2 TAI (International Atomic Time) – atomové hodiny, 1 s = “9,192,631,770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the caesium 133 atom,” – viz Rezoluce 1 z 13. Conférence

Générale des Poids et Mesures (CGPM) v 1967; vychází z tzv. efemeridové časové sekundy definované jako 1/31,556,925.9747 tropického roku pro 1. leden 1900 ve 12 hodin; TAI základ pro řadu jiných časových standardů, ale i pro např. Sloan Digital Sky Survey. TT(TAI) (Terrestrial Time) – stejný chod jako TAI, jen posun o 32.184 s; důvod návaznost na efemeridový čas (ET). TT(BIPM) – přesnější verze TT(TAI); BIPM = The International Bureau of Weights and Measures ; současný rozdíl mezi TT(TAI) a TT(BIPM) - 30 μs TT (Terrestrial Time) – někdy Terrestrial Dynamical Time (TDT), může znamenat TT(TAI) nebo TT(BIPM), běžně se nerozlišuje, ale pro přesnost lepší než 30 μs je nutný TT(BIMP)

TDB (Barycentric Dynamical Time) – opravuje TT o relat. efekty na barycentrum Sluneční soustavy; korekce TT -> TDB jen sérií aproximací (Irwin & Fukushima 1999); period. rozdíly až 3,4 ms/rok. IAU Resolution B3 (2006) sjednoceno s JPL Ephemeris Time, Teph= Coordinate Time (CT) v JPL efemeridách objektů Sluneční soustavy. TCB (Barycentric Coordinate Time) – fyzikálně a matematicky ekvivalentní k TDB, jak bylo definováno v r. 2006 (Standish 1998); liší jen posunem a rychlostí cca 0.5 s/rok (kvůli časové dilataci času v gravitačním potenciálu Slunce). TDB ≈ TCB (k TAI 1. ledna 1977) – 2010 odchylka cca 16 s Korekce z UTC na TDB

∆C = N + 32.184s + (TDB - TT) N – počet přestupných sekund

cenný zdroj informací o čase: Eastman, Jason; Siverd, Robert; Gaudi, B. Scott (The Ohio State University, Columbus):

Achieving Better Than 1 Minute Accuracy in the Heliocentric and Barycentric Julian Dates http://adsabs.harvard.edu/abs/2010PASP..122..935E

Zdroje dat  vlastní pozorování (fotometrická, spektroskopická, interferometrická, polarimetrická aj.)  data z publikací, literatury  archívy přehlídkových projektů

Vlastní měření - dbát na přesný čas v PC – Atom time, Stratum n+1, Dimension 4, About time, Atomic Time, Tardis … http://technet.idnes.cz/presny-cas-na-vase-pc-snadno-a-rychle-d7a-/

- časy zapisovat zásadně v UTC - při publikaci vždy uvádět časový standard – např. HJDUTC - časy publikovat v BJDTBD!!! http://astroutils.astronomy.ohio-state.edu/time/ Online aplety + zdrojové kódy (IDL) • UTC2BJD - UTC -> BJD v TDB • BJD2UTC - BJD v TDB -> UTC • HJD2BJD - HJD v TT nebo TDB -> BJD v TDB

Data z literatury, publikací zdroje: • ADS http://adsabs.harvard.edu/abstract_service.html

• SIMBAD http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/

• WoS http://apps.webofknowledge.com/ aj.

poznámky: 1.

starší a azbukou psané články nemusí být dostupné v elektronické podobě!

2.

čtěte pozorně - zvyklosti, jak uvádět časy, hvězdné velikosti, chyby, fotometrické filtry aj. se s časem mění!

3.

zkontrolujte zda byla aplikována heliocentrická korekce a pokud ano, jak byla spočtena!

Archívní pozorování historická měření v principu dostupná, ale občas podivná: - nízká kvalita, - hrubé chyby, - záhadné časy, - nejasnosti kolem filtrů,

mohou být dostupná jen ve formě tabulky na papíře nebo dokonce jen jako obrázek  Občas nejsou k dispozici původní pozorování (odhady nebo měření) – jen např. okamžiky extrémů světelné křivky – není zřejmé, jak se k nim dospělo; degradace, váha se snižuje o řád! Každé (historické) pozorování je cenné! Nelze všechny a priori odmítnout - po důkladné analýze, např. pomocí zdokonalujících se modelů hvězdné proměnnosti lze data postupně homogenizovat a použít Archívy dat – zejména výsledky přehlídkových projektů, ale i soukromé databáze

Přebírání dat z jiných zdrojů obecné zásady: - pozor na formáty času!, zpravidla má každá přehlídka jiný časový rámec a používá jiný časový standard - test, zda byl objekt nad obzorem - obezřetnost zejména u družicových měření – OMC aj. Příklady - odstrašující:  jistá družice – výborná fotometrická měření, časy s přesností na zlomky sekundy počítané od času t0 x problém? hodnota t0 - nikdo si nezapsal   ruský astronom: … the shift in phase (about 0.31) is connected with that the Kislovodsk data were obtained in a local JD scale where zero corresponds to JD at 2000.0 (as I have thought). As far as I suspect, the zero point was taken as Dec.31, 1999, UT=12h, so the correct date of the main minimum is 2455262.2459 (but not .7459!) … There is a misprint in data presented in table: starting from 17.03.10 up to the end all JD have to be reduced by 10 days

další mail: I was speaking with my photometric colleagues from Kislovodsk. They have found a mistake in the zero-point of their lokal JD scale which is equal namely to 0.5 days. ………

Přehlídkové projekty: historické – fotografické • National Geographic Society – Palomar Observatory Sky Survey (NGS-POSS) • Harvard Plate collection • Moskva • Pulkovo • Sonneberg • Asiago dnes – proces převodu do digitální podoby, např. project DASCH

Současné přehlídkové projekty Rozdělení podle sledované části spektra • Optické • Infračervené • Rádiové • Gama • Multispektrální Rozdělení podle umístění přístrojů • Pozemské • Družicové Náš zájem – zejména fotometrická data z dostupných zdrojů!

Družicové fotometrické přehlídky • Hipparcos – celá hvězdná obloha, obor Hp, + podpora Tycho katalog (B,V) • OMC Integral – celá hvězdná obloha, obor V https://sdc.laeff.inta.es/omc/index.jsp • MOST -dlouhodobé sledování pečlivě vybraných objektů (hvězdy slunečního typu, podtrpaslíci, roAp, WR hvězdy, soustavy s exoplanetami) http://www.astro.ubc.ca/MOST/ • COROT - FOV 2.7° by 3.05°, 2 pole (Ser, Mon) http://idoc-corot.ias.u-psud.fr/ • KEPLER – pole Cyg-Lyr, http://kepler.nasa.gov, http://keplergo.arc.nasa.gov/DataAnalysisRetrieval.shtml • Chandra - rtg. satelit, 827 prom. hvězd http://cxc.harvard.edu/vguide/index.php • GAIA - http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=26 • BRITE – Kanada, Polsko, Rakousko – sada nanosatelitů

expoziční časy jsou řádově minuty, každý snímek má jiný; uvádí se jen začátek expozice

Pozemské fotometrické přehlídky • • • • • • • • • • • • • • •

ASAS - http://www.astrouw.edu.pl/asas/ OGLE - http://ogle.astrouw.edu.pl/ MACHO - http://wwwmacho.anu.edu.au/Data/MachoData.html EROS - http://eros.in2p3.fr/ ROTSE (NSVS) - http://www.rotse.net/, http://skydot.lanl.gov/nsvs/nsvs.php SuperWASP - http://www.wasp.le.ac.uk/public/index.php APASS - http://www.aavso.org/apass SDSS - http://www.sdss3.org Catalina (CRTS) - http://crts.caltech.edu/ 2MASS - http://www.ipac.caltech.edu/2mass/ LINEAR - https://astroweb.lanl.gov/lineardb/ TASS - http://www.tass-survey.org/ Stardial - http://stardial.astro.illinois.edu/ HATNet - http://www.hatnet.hu/ Pi of the sky - http://grb.fuw.edu.pl/

budované – LSST, Pan-STARRS – čipy přes řádově Gpx!

HJD-2450000

TMID (s) – střed expozice v sekundách od JD_REF TMID=((HJD-JD_REF)*86400)

MJD-50000 1282.418683 => 2451282.9186

čas měření - 2453250

BS Vul Astronomical Journal 144, 37 (2012)

ASAS

OMC

NSVS

UX Com (data z SWASP) proměnná perioda, změna tvaru světelné křivky, na rozhraní snímků => několik měření v témže okamžiku, ale různé kalibrace

proč to všechno? - dlouhodobé studie např. změny periody, TTV, O-C – dnes změny menší než 1 min! => nutnost větší pozornosti k přesnosti časových značek!

kladný příklad: Potter, S. B. et al.: Possible detection of two giant extrasolar planets orbiting the eclipsing polar UZ Fornacis http://adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.416.2202P